庫(kù)侖定律教案(教師版)(20210505002557)

1、 庫(kù)侖定律教案（教師版）庫(kù)侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)【教材分析】庫(kù)侖定律既是電荷間相互作用的基本規(guī)律， 又是庫(kù)侖定律是學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差概念的基礎(chǔ)， 也是本章重點(diǎn)， 不僅要求學(xué)生定性知道， 而且還要求定量了解和應(yīng)用。 對(duì)庫(kù)侖定律的講述， 教材是從學(xué)生已有認(rèn)識(shí)出發(fā)， 采用了一個(gè)定性實(shí)驗(yàn)， 進(jìn)而得出結(jié)論。 庫(kù)侖定律是學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差概念的基礎(chǔ)， 也是本章重點(diǎn)。 展示庫(kù)侖定律的內(nèi)容和庫(kù)侖發(fā)現(xiàn)這一定律的過(guò)程，并強(qiáng)調(diào)該定律的條件和意義。教學(xué)重點(diǎn)：庫(kù)侖定律及其理解與應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：庫(kù)侖定律的實(shí)驗(yàn)探究【教學(xué)過(guò)程】引入新課 引入實(shí)驗(yàn)庫(kù)倫實(shí)驗(yàn)庫(kù)倫定律對(duì)定律的解釋比較庫(kù)倫定律與萬(wàn)有引力的區(qū)別拓展庫(kù)侖力作用下力學(xué)問(wèn)題的求解

2、方法一、通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究電荷間作用力的決定因素(一)定性實(shí)驗(yàn)探究：探究一：影響電荷間相互作用力的因素猜想：電荷間相互作用力可能與距離、 電荷量、帶電體的形狀等。如何做實(shí)驗(yàn)定性探究？你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)應(yīng)采取什么方法來(lái)研究電荷間相互作用力與可能因素的關(guān)系？學(xué)生：控制變量法。請(qǐng)閱讀教材， 如果要比較這種作用力的大小可以通過(guò)什么方法直觀的顯示出來(lái)？學(xué)生：比較懸線偏角的大小實(shí)驗(yàn)前先思考: 可用什么方法改變帶電體的電荷量?定性實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電量 q 一定，距離r 越小，偏角越大，作用力 F 越大。距離 r 一定，電量q 增加，偏角變大，作用力 F 越大；實(shí)驗(yàn)條件：保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境的干燥和無(wú)流動(dòng)的空氣（二） 定量實(shí)驗(yàn)探究，結(jié)合

3、物理學(xué)史，得出庫(kù)侖定律：提出問(wèn)題： 帶電體間的作用力與距離及電荷量有怎樣的定量關(guān)系呢 ?根據(jù)我們的定性實(shí)驗(yàn)， 電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大， 隨著距離的增大而減小。 這隱約使我們猜想， 電荷之間的作用力是否與萬(wàn)有引力具有相似的形式呢？事實(shí)上， 在很早以前， 一些學(xué)者也是這樣猜想的， 卡文迪許和普利斯特等人都確信 “平方反比” 規(guī)律適用于電荷間的作用力。 但是僅靠一些定性的實(shí)驗(yàn)，不能證明這樣的結(jié)論。而這一猜想被庫(kù)倫所證實(shí)， 庫(kù)侖在探究三者之間的定量關(guān)系時(shí)，定量實(shí)驗(yàn)在當(dāng)時(shí)遇到的三大困難：帶電體間作用力小，沒(méi)有足夠精密的測(cè)量?jī)x器；怎樣確定帶電體間的作用力的數(shù)量關(guān)系？沒(méi)有電量的單位，無(wú)法比較

4、電荷的多少；怎樣確定電荷量的數(shù)量關(guān)系？帶電體上電荷分布不清楚，難測(cè)電荷間距離。怎樣測(cè)定電荷間的距離？同學(xué)們， 如果是你， 你能想到怎樣的方法來(lái)解決這些困難？引導(dǎo)學(xué)生用類(lèi)比的方法得出三大困難的對(duì)策：卡文迪許扭稱(chēng)實(shí)驗(yàn)庫(kù)侖扭稱(chēng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)稱(chēng)性等分電荷法，質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)電荷、放大思想：力很小，但力的作用效果（使懸絲扭轉(zhuǎn)）可以比較明顯。、 轉(zhuǎn)化思想： 力的大小正比于懸絲扭轉(zhuǎn)角， 通過(guò)測(cè)定懸絲扭轉(zhuǎn)角度倍數(shù)關(guān)系即可得到力的倍數(shù)關(guān)系、均分思想：帶電為Q的金屬小球與完全相 同的不帶電金屬小球相碰分開(kāi)）每小球帶電 Q/2）同 理可得Q/4、Q/8、Q/16等等電量的倍數(shù)關(guān)系（電荷 在兩個(gè)相同金屬球之間等量分配）。課件演示電荷

5、在 相同的兩個(gè)金屬球間的等量分配。理想化模型思想：把帶電金屬小球看作點(diǎn)電荷 （理想化模型）利用刻度尺間接測(cè)量距離。點(diǎn)電荷：當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大 得多，以致帶電體的形狀大小及電荷分布狀況對(duì)它們 之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，這樣的帶電體可以 看做帶電的點(diǎn)，叫點(diǎn)電荷。它是一個(gè)理想化模型，實(shí) 際上點(diǎn)電荷不存在。（與“質(zhì)點(diǎn)”進(jìn)行比較）（例題 1）電荷間相互作用力與電荷間距離成平方反比關(guān)系， 與電荷電量乘枳成正比。二、庫(kù)侖定律：內(nèi)容：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力大小與兩電 荷量的乘積成正比，與電荷間的距離平方成反比；方 向在它們的連線上。這個(gè)規(guī)律叫做庫(kù)侖定律。電荷間這種相互作用的電力叫做靜電

6、力或庫(kù)侖 力。（例題2）公 F k QiQ2 式：說(shuō)r明：k為靜電力常量,k=9.0 M09N.m2/C2淇大小是 用實(shí)驗(yàn)方法確定的。其單位是由公式中的 F、Q、r 的單位確定的，使用庫(kù)侖定律計(jì)算時(shí)，各物理量的單 位必須是：F: N, Q: C, r: m。. 庫(kù)侖定律的適用條件：真空中，兩個(gè)點(diǎn)電荷 之間的相互作用。讓學(xué)生回答實(shí)際帶電體可以看成點(diǎn)電荷的條件。思考：當(dāng)r趨向于0時(shí)，F(xiàn)趨向于無(wú)窮大嗎？關(guān)于點(diǎn)電荷之間相互作用是引力還是斥力的 表示方法，使用公式計(jì)算時(shí)，點(diǎn)電荷電量用絕對(duì)值代 入公式進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)同性電荷相斥、異性電荷 相吸判斷方向。F是Qi與Q2之間的相互作用力，是Qi對(duì)Q2 的作

7、用力，也是Q2對(duì)Qi的作用力的大小，是一對(duì)作 用力和反作用力，即大小相等方向相反。庫(kù)侖力（靜電力）是與重力，彈力，摩擦力并列I任意帶電體可以看成是由許多點(diǎn)電荷組成的， 所 以，知道帶電體上的電荷分布，根據(jù)庫(kù)侖定律和力的 合成法則就可以求出帶電體間的靜電力的大小和方 向。三、庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的比較課本例題1小結(jié)：庫(kù)侖定律在應(yīng)用時(shí)，可以不代入電性符號(hào)，直接代入絕對(duì)值，最后判定方向；計(jì)算說(shuō)明萬(wàn)有引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于庫(kù)侖力，以后在研 究微觀帶電粒子的相互作用力時(shí),通?？梢院雎?萬(wàn)有引力.庫(kù)倫定律萬(wàn)有引力一 不同點(diǎn)方向庫(kù)侖力是電荷間通過(guò) 電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)相互作用 的，并且它們的電性 共同決定了發(fā)生的庫(kù) 侖力是引

8、力還是斥力萬(wàn)有引力是兩個(gè)物體 （因?yàn)橘|(zhì)量）通過(guò)引 力場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)相互作用 的，并且只能是引力.適用 地國(guó)庫(kù)倫定律適用于真空 中點(diǎn)電荷萬(wàn)有引力適用于質(zhì)點(diǎn) 成質(zhì)量分布面勻圖或 體相同點(diǎn)（1）都是遵從平方反比的定律,而且都是跟 距離的平方成反比.（2）都是跟相互作用的 兩個(gè)物體有關(guān)，前者跟它們的電荷量有關(guān), 后者跟它們的質(zhì)量有關(guān)，并且都不約而同的 成正比.（3）都是跟一個(gè)常數(shù)成正比，前者 是靜電常數(shù)k,后者是萬(wàn)有引力常數(shù)G四、庫(kù)侖力作用下的力學(xué)問(wèn)題求解兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)電荷對(duì)某一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力，等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)電荷的作用力的矢量和。(例題 3)課本例題 2 小結(jié)：選擇研究對(duì)象，畫(huà)出受力圖，由庫(kù)倫定

9、律和平行四邊形定則求解。 (例題 4)三個(gè)自由電荷的平衡問(wèn)題： 三點(diǎn)共線， 兩同夾異， 兩大夾小，近小遠(yuǎn)大【考點(diǎn)】點(diǎn)電荷的理解例題 1下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法中，正確的是()A 體積大的帶電體一定不是點(diǎn)電荷B 當(dāng)兩個(gè)帶電體的形狀對(duì)它們間相互作用力的影響可忽略時(shí)，這兩個(gè)帶電體可看做點(diǎn)電荷C 點(diǎn)電荷就是體積足夠小的電荷D 點(diǎn)電荷是電荷量和體積都很小的帶電體答案 B解析帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不能以體積大小、電荷量多少而論，故A 、 C、 D 錯(cuò)一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷， 要依具體情況而定， 只要在測(cè)量精度要求的范圍內(nèi)， 帶電體的形狀、 大小等因素的影響可以忽略， 即可視為點(diǎn)電荷 故 B正確庫(kù)倫定律的理解

10、例題 2 關(guān)于庫(kù)侖定律，以下說(shuō)法中正確的是()A 庫(kù)侖定律適用于點(diǎn)電荷，點(diǎn)電荷其實(shí)就是體積很小的帶電體B 庫(kù)侖定律是實(shí)驗(yàn)定律C 庫(kù)侖定律僅適用于靜止電荷間的相互作用D.根據(jù)庫(kù)侖定律，當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)電荷間的距離趨近 于零時(shí)，則庫(kù)侖力趨近于無(wú)窮大答案.B解析 一個(gè)帶電體能否看做點(diǎn)電荷不以它的體 積大小來(lái)確定，體積小的帶電體不一定能視為點(diǎn) 電荷，A錯(cuò)；庫(kù)侖定律是在大量的實(shí)驗(yàn)探究基礎(chǔ) 上總結(jié)出來(lái)的，B對(duì)；庫(kù)侖定律適用于真空中的 點(diǎn)電荷，電荷間的庫(kù)侖力與電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú) 關(guān)，C錯(cuò)；當(dāng)兩帶電體很近時(shí)，它們已不能看做是點(diǎn)電荷，庫(kù)侖定律不再適用，不能再用kqr餐來(lái) 計(jì)算電荷間的庫(kù)侖力，D錯(cuò).庫(kù)倫定律的應(yīng)用3.相隔一

11、段距離的兩個(gè)點(diǎn)電荷，它們之間的靜 電力為F,現(xiàn)使其中一個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量變?yōu)樵?來(lái)的2倍，同時(shí)將它們間的距離也變?yōu)樵瓉?lái)的 2 倍，則它們之間的靜電力變?yōu)椋ǎ〧A.-B. 4FC. 2FF答案.A解析F = kqF, F，=卜翠米=1序羅=號(hào)，選 r2r 2 r 2出合力求解4.如圖所示）三個(gè)點(diǎn)電荷 qi、q2、q3固定在一 TOC o 1-5 h z 直線上，q2與q3間距離為qi與q2間距離的2倍， 每個(gè)電荷所受靜電力的合力均為零，由此可以判 定，三個(gè)電荷的電荷量之比為()A .(9) ： 4 ： (36) I -七9 ： 4 ： 36C .(3) ： 2 ： (6)D. 3： 2 ： 6答案

12、.A解析 本題可運(yùn)用排除法解答.分別取三個(gè)電荷 為研究對(duì)象，由于三個(gè)電荷只在靜電力(庫(kù)侖力) 作用下保持平衡，所以這三個(gè)電荷不可能是同種 電荷，這樣可立即排除B、D選項(xiàng)，故正確選項(xiàng) 只可能在A、C中,若選q2為研究對(duì)象，由庫(kù) 侖定律知：卜尸=k2當(dāng)，因而得：qi = ：q3,即 q3= 4qi.選項(xiàng)A恰好滿足此關(guān)系，顯然正確選項(xiàng) % A.【鞏固提升】.對(duì)于庫(kù)侖定律，下列說(shuō)法正確的是()力,A.只要是計(jì)算真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用 就可使用公式F = kQ耍rB.兩個(gè)帶電小球即使相距非常近，也能用庫(kù)侖 定律計(jì)算庫(kù)侖力C.相互作用的兩個(gè)點(diǎn)電荷，不論它們的電荷量是否相同，它們受到的庫(kù)侖力大小一定相

13、等D 庫(kù)侖定律中的靜電力常量 k 只是一個(gè)比例常數(shù)，只有數(shù)值，沒(méi)有單位 A 、 B 兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的距離恒定，當(dāng)其他電荷移到 A 、 B 附近時(shí)， A 、 B 之間的庫(kù)侖力將()A 可能變大B 可能變小C 一定不變D 不能確定3兩個(gè)完全相同的小金屬球，它們的帶電荷量之比為5 ： 1(皆可視為點(diǎn)電荷)，它們?cè)谙嗑嘁欢ň嚯x時(shí)相互作用力為 Fi,如果讓它們接觸后再 放回各自原來(lái)的位置上，此時(shí)相互作用力變?yōu)镕2,則Fi ： F2可能為()A5：2B5：4C.5：6D. 5 ： 94兩個(gè)帶有同種電荷的小球A 、 B ，放在光滑絕緣水平面上，其中小球A 固定，小球B 只在庫(kù)侖力作用下由靜止開(kāi)始沿水平面運(yùn)動(dòng)

14、， 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，小球B 的加速度 a 和速度 v 的變化是()B aA a 一直在增大直在減小C. v一直在增大 直在減小D. v5.如圖所示，兩根細(xì)線掛著兩個(gè)質(zhì)量相 予 同的小球A、B,上、下兩根細(xì)線的拉力 （ 分別為Fa、Fb,現(xiàn)使兩球帶同種電荷，此時(shí)上、下細(xì)線受力分別為Fa ,Fb， L 則（）A . Fa=Fa ,Fb FbFa=Fa ） FbVFbFavFa , FbFbFaVFa , FbVFb6.如圖所示，兩個(gè)帶電小球 A、B的質(zhì) m 量分別為mi、m2）電荷量分別為qi、q2. J 靜止時(shí)兩懸線與豎直方向的夾角分別為91.黑 且恰好處于同一水平面上.下列說(shuō)法正 確的是（）A.

15、若 qi = q2）則 d= 2.B.若 qiq2）則 0i 色C.若 mi = m2,則 0i= 2D.若 mi 2.如圖所示，把質(zhì)量為2.0X10-3 kg _ J 的帶電小球B用細(xì)線懸掛起來(lái).若將工 帶電荷量為4.0X10-8 C的小球A靠近B,則平衡時(shí)細(xì)線與豎直方向成 45角.已知A、B在同一水平面上且相距 0.3 m, B球所帶的電荷量為 C.(取 g = 10 m/s2).真空中光滑絕緣平面上，分別放置兩個(gè)電荷 量為一Q、+9Q的點(diǎn)電荷A、B,如圖6所示， 且A、B間的距離為60 cm.然后在另一位置放置 點(diǎn)電荷C,這時(shí)三個(gè)點(diǎn)電荷都處于平衡狀態(tài)， 求 C的電荷量以及相對(duì)A的位置.兩

16、個(gè)完全相同的小球 A和B,只有A帶有一 定的電荷量，A、B接觸后分開(kāi)，相距1 m時(shí)測(cè) 得相互作用力等于1 N,求接觸前A的電荷量是 元電荷的多少倍？.行星繞恒星運(yùn)動(dòng)由萬(wàn)有引力提供向心力，電 子繞原子核運(yùn)動(dòng)由庫(kù)侖力提供向心力，已知電子 的質(zhì)量為m,原子核與電子的帶電荷量都為 e, 電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 j靜電力常 量為k,求：(1)電子轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度；(2)電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期.鞏固提升AC解析庫(kù)侖定律的表達(dá)式f=卜黃的適用條件 是真空中的點(diǎn)電荷，而不是任意情況下的帶電 體，所以選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；兩個(gè)點(diǎn)電荷之 間受到的靜電力互為作用力與反作用力， 所以選 項(xiàng)C正確；靜電力常量k = 9

17、.0X109 N m2/C2, 選項(xiàng)D錯(cuò)誤.C解析 根據(jù)庫(kù)侖定律，兩個(gè)點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力只 跟兩個(gè)電荷的電荷量和它們間的距離有關(guān)， 因此 它們間的庫(kù)侖力不會(huì)受到外界的影響.選項(xiàng)C正確.BD解析 根據(jù)庫(kù)侖定律，它們接觸前的庫(kù)侖力為Fi = k5工若帶同號(hào)電荷，接觸后的帶電荷量相 等，都為3q,此時(shí)庫(kù)侖力為F2=k茨；若帶異 號(hào)電荷，接觸時(shí)電荷先中和后平分，接觸后的帶 電荷量也相等，都為2q,此時(shí)庫(kù)侖力為F2=4q2k黃.由以上計(jì)算可知選項(xiàng)B、D正確.BC解析 本題考查的知識(shí)點(diǎn)是牛頓第二定律和庫(kù) 侖定律.B在A的靜電斥力的作用下，向遠(yuǎn)離A 的方向做加速運(yùn)動(dòng)，C對(duì)，D錯(cuò).A、B間隔越來(lái)越遠(yuǎn)，由牛頓第二

18、定律得kqAqB=mBaB, r逐 漸變大，則aB逐漸減小，故A錯(cuò)，B對(duì).B解析兩個(gè)小球都不帶電時(shí)，F(xiàn)a = Ga + Fb? Fb = Gb;使兩球帶同種電荷后， Fa +F斥=6八 + Fb ) Fb =Gb+F 斥.Fa=Fa)故 Fb Fb , B項(xiàng)正確.CD解析 A、B之間的靜電力是作用力和反作用力 的關(guān)系，所以不論A、B哪個(gè)帶的電荷量大，它 們受到的靜電力大小相等、方向相反，由平衡條 件得tane= mg.可見(jiàn)質(zhì)量相同，偏角相同；質(zhì)量 越大，懸線與豎直線的偏角越小.故選項(xiàng) C、D 正確.5X106解析 以小球B為研究對(duì)象，其受力分析如圖 所示，設(shè)小球B所帶的電荷量為qB,由平衡條 件可知：kqAqB=mgtan 450代入數(shù)據(jù)解得：qB=5X 10 6C.9Q 在A點(diǎn)左側(cè)距A 30 cm處解析 由于三個(gè)點(diǎn)電荷中每個(gè)點(diǎn)電荷都處于平 衡狀態(tài)，三個(gè)點(diǎn)電荷應(yīng)位于同一條直線上. 設(shè)一Q、+9Q如圖所示放置，根據(jù)“三點(diǎn)共線，兩 同夾異，兩大夾小，近小遠(yuǎn)大”原則，C應(yīng)放在A、B連線A點(diǎn)左側(cè)，且C應(yīng) 帶正電，設(shè)電荷量為q, A、B之間距離為r, A、C之間距離為r .以A為研究對(duì)象，則